keras-perceptual_loss

本文深入探讨了深度学习中的三种损失函数:L1、L2及感知损失(perceptual loss)。通过Keras实现这些损失函数,展示了如何在神经网络训练中应用它们,特别是在图像处理任务中,感知损失能够捕捉到更高级别的特征差异。

keras-perceptual_loss

  • L1, L2 Loss
    def l1_loss(y_true,y_pred):
        return K.mean(K.abs(y_true-y_pred))
    
    def l2_loss(y_true,y_pred):
        return K.mean(K.square(y_true-y_pred))

     

  • Perceptual Loss
    def perceptual_loss(y_true, y_pred):  # y_true and y_pred's pixels are scaled between 0 to 255
        y_true = preprocess_input(y_true)
        y_pred = preprocess_input(y_pred)
        vgg = VGG19(include_top=False, weights='imagenet', input_shape=(256,256,3))
        loss_model = Model(inputs=vgg.input, outputs=vgg.get_layer('block3_conv3').output)
        loss_model.trainable = False
        return K.mean(K.square(loss_model(y_true)-loss_model(y_pred)))

     

### 超分辨率重建和图像复原中的联合损失函数设计及应用 #### 设计原则 在超分辨率重建以及图像复原过程中,为了提高模型训练的效果并获得更高质量的结果,通常会引入多种类型的损失函数组合而成的联合损失函数。这种做法可以综合不同角度的信息,使得网络学习到更加丰富的特征表示。 #### 常见组件 常见的联合损失函数可能由以下几个部分组成: - **均方误差(MSE)** 或者 L2 Loss:用于衡量预测值与真实标签之间的差距大小,是最基础也是最常用的度量标准之一[^1]。 ```python mse_loss = tf.reduce_mean(tf.square(y_true - y_pred)) ``` - **感知损失(Perceptual Loss)** :基于预训练好的卷积神经网络(如VGG),提取高层语义特征图层作为比较对象,从而更好地捕捉视觉上的相似性而不是简单的像素级差异[^2]。 ```python vgg_model = VGG19(include_top=False, weights='imagenet') perceptual_loss = keras.Model(vgg_model.input, vgg_model.get_layer('block5_conv4').output) feature_map_real = perceptual_loss(y_true) feature_map_fake = perceptual_loss(y_pred) content_loss = tf.reduce_mean(tf.square(feature_map_real - feature_map_fake)) ``` - **对抗损失(Adversarial Loss)** :借鉴GAN的思想,在生成器试图欺骗判别器的同时优化自身的参数设置,以此增强输出图片的真实感[^3]。 ```python discriminator_output_on_generated_images = discriminator(generated_image) adversarial_loss = -tf.math.log(discriminator_output_on_generated_images + epsilon) ``` - **总变差正则化(Total Variation Regularization)** :有助于减少高频噪声的影响,使最终得到的画面看起来更为平滑自然。 ```python tv_loss = total_variation_loss(y_pred) ``` 上述各个组成部分可以根据具体应用场景的需求灵活调整权重比例,形成适合当前任务特点的整体框架结构。 #### 应用实例 对于具体的实现而言,可能会涉及到如下形式的一个加权求和式的定义方法: \[ \text{Total\_Loss}=\lambda_1\cdot MSE+\lambda_2\cdot Perceptual\_Loss+\lambda_3\cdot Adversarial\_Loss+\lambda_4\cdot TV\_Regularization \] 其中 $\lambda_i (i=1,...,4)$ 表示对应项的重要性系数,这些数值往往需要经过多次实验才能找到最优配置方案。
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